صياغة الصيغ الكيميائية باستخدام الكميات الفيزيائية

ثابت أفوجادرو. ثابت فاراداي. جزء الكتلة. كسر الحجم. الكسر المولي. نسبة الكتلة إلى الحجم. نسبة المول إلى الحجم. أجزاء في المليون. أجزاء في المليار. الصيغة التجريبية. استخلاص الصيغة الجزيئية عن طريق قياس الكميات الفيزيائية.

ثابت أفوجادرو. ثابت أفوجادرو هو عامل التناسب الذي يربط عدد الجسيمات المكونة لكمية المادة في العينة. هو عدد الوحدات في مول واحد من أي مادة. وهذا يساوي 602214076 ×10²³. يمكن أن تكون الوحدات في المادة عبارة عن إلكترونات، أو ذرات، أو أيونات، أو جزيئات. يعتمد ذلك على طبيعة المادة وخصائص التفاعل. ماذا يمكننا أن نتعلم أيضًا عن عدد أفوجادرو؟.

إنه SIالوحدة هي المعكوس الضربي للمول. إنه mol⁻¹. تم تسميته على اسم العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو. ثابت أفوجادرو يرمز له بـ NA. وهذا يعني أن مول واحد من أي مادة يحتوي على 602214076 × 10²³ من الجسيمات الأولية. إنها كمية بلا أبعاد. يتم استخدامه عادة كعامل تحويل موضح هنا.

ثابت فاراداي. يمثل فاراداي واحد مقدار الشحنة الكهربائية لمول واحد من الإلكترونات. وهو يعادل ثابت فاراداي. يتم الإشارة إليه بالرمز F. ولها قيمة مقبولة عالميًا وهي ثابت فاراداي. يمكن التعبير عن هذا الثابت من خلال دمج ثابتين آخرين مثل F=eNA. هنا، e هي شحنة الإلكترون بالكولوم. NA هو ثابت أفوجادرو. يستخدم ثابت فاراداي عادة في التحليل الكهربائي. من خلال قسمة كمية الشحنة بالكولوم على ثابت فاراداي، نحصل على عدد العناصر بالمول التي تم أكسدتها.

جزء الكتلة. الكسر الكتلي للأنواع هو كتلة النوع لكل وحدة كتلة من الخليط. مثال على ذلك هو جرام واحد من المعدن في كيلوجرام واحد من الخليط. وبعبارة أخرى، في الخليط، فإن الكسر الكتلي هو مقدار كتلة مادة واحدة، مقسومًا على كتلة الخليط الإجمالي. مجموع كل هذه الكسور الكتلية يساوي 1. لذلك، فإن الكسر الكتلي ليس له وحدة. تظهر صيغته هنا على النحو التالي Wᵢ. النسبة المئوية للكتلة هي كتلة المادة الكيميائية، مقسومة على الكتلة الكلية ومضروبة في 100.

دعونا نحسب الكسر الكتلي لثاني أكسيد الكربون في خليط من ثاني أكسيد الكربون، والأكسجين، والنيتروجين، والميثان. كتلة ثاني أكسيد الكربون هي 8802 جرام. نكتبها في الأعلى. ثم في الأسفل نكتب كتل جميع المركبات. كتلة الأكسجين هي 31998 جرام. كتلة النيتروجين هي 145673 جرام. كتلة الميثان هي 2086 جرام. لذلك فإن الكسر الكتلي لثاني أكسيد الكربون هو 005. يتم عرض أمثلة على الكسر الكتلي للأنواع الأخرى في الشكل. وبنفس الطريقة التي حسبنا بها الكسر الكتلي لـ CO₂، يمكن أيضًا حساب الكسر الكتلي للنيتروجين والأكسجين والميثان.

جزء الحجم. الكسر الحجمي هو حجم المكون مقسومًا على حجم جميع المكونات في الخليط قبل الخلط. إنه بلا أبعاد. يتم التعبير عنها بالأرقام. وحدتها هي 1. يساعد كسر الحجم أيضًا في العثور على النسب المئوية للحجم. دعونا نرى مثالا آخر. في خليط من الماء وحمض الهيدروكلوريك، يكون حجم الماء 0001 متر مكعب ويكون حجم حمض الهيدروكلوريك 014143 متر مكعب. الكسر الحجمي للماء في هذا الخليط هو 0007 وبنفس الطريقة، يمكننا إيجاد الكسر الحجمي لحمض الهيدروكلوريك.

الكسر المولي. يتم وصف الكسر المولي على أنه عدد مولات أحد مكونات الخليط مقسومًا على عدد مولات التركيب الكلي للخليط. إنه بلا أبعاد. يتم الإشارة إليه بالرمز x. هل يمكنك أن تفكر في أي مثال يصف الكسر المولي؟.

من الكسر المولي، يمكن أيضًا العثور على النسبة المئوية المولية كما هو موضح هنا. يمكننا القيام بذلك لأنه وحدة كمية المكونات مقسومة على الكمية الإجمالية لجميع المكونات في الخليط. دعونا نرى خليطًا يحتوي على العدد التالي من المولات فيه. يحتوي على 1.71 مول من N2، 0.454 مول من CO₂، 0.556 مول من H₂Oو 0.969 مول من O₂. يمكننا إيجاد الكسر المولي لـ N2في هذا الخليط كما هو موضح هنا. وبالمثل، فإن الكسر المولي لـ CO₂, H₂Oو O₂يمكن العثور عليها.

نسبة الكتلة إلى الحجم. نسبة الكتلة إلى الحجم تصف الكثافة. يتم التعبير عن الكثافة بالجرام لكل وحدة مكعبة. من خلال هذه الصيغة، يمكن استخدام أي قيمتين لحساب القيمة الثالثة. تظهر هنا طريقة سهلة لتذكر علاقتهما. يتم تعريف الكثافة أيضًا على أنها الكتلة لكل وحدة حجم. الكتلة هي كمية الأشياء الموجودة داخل الجسم. كلما زادت كمية الأشياء، كلما زادت الكتلة.

دعونا نرى مثالا. يتعين علينا إيجاد كتلة لمادة ذات كثافة 65 جم/سم3 وحجم 35 سم3. للحصول على الكتلة نضرب الكثافة في الحجم. وبالتالي فإن الكتلة ستكون 2275 جرام. دعونا نفكر في مثال آخر. كتلة وحجم معدن الأوزميوم 50 جرام و 222 سم3 على التوالي. لذلك، لحساب الكثافة نقسم الكتلة على الحجم. نحصل على كثافة 225 جم/سم³.

نسبة المول إلى الحجم. التطبيق الأكثر شيوعًا لهذه النسبة المولية إلى الحجم هو الحجم المولي للغاز عند درجة الحرارة والضغط القياسيين. ال STPدرجة الحرارة 27315 كلفن والضغط 1 ضغط جوي. مول واحد من الغاز المثالي يساوي 224 لترًاويتم التعبير عنها أيضًا بالمولارية. المولارية هي عدد مولات المذاب المذابة في مكعب ديسيمتر واحد من المحلول. بمعنى آخر، عدد مولات المذاب مقسومًا على حجم المحلول يعطي المولارية.

للعثور على التركيز المولي، يجب تقسيم المولات على عدد اللترات المستخدمة في المحلول. إنها كمية المادة لكل وحدة حجم من المحلول. يتم التعبير عنها على النحو التالي mol/L. دعونا نرى مثالاً على 10 جرام من حمض الأسيتيك المذاب في 125 لتر من الماء. يتم أخذ تركيزه المولي على النحو التالي. حمض الأسيتيك له الصيغة الجزيئية CH₃COOH. من أجل الحصول على المولات، سنقوم بتقسيم الكتلة بالجرام، وهي 10، على الكتلة المولية لحمض الأسيتيك. لذا، باستخدام صيغة المولارية، نقسم المولات على الحجم. ومن خلال القيام بذلك، نحصل على التركيز المولي لحمض الأسيتيك وهو 01332 مول.

جزء في المليون(ppm). يشير الجزء في المليون إلى عدد أجزاء المادة المذابة الموجودة في مليون جزء من المحلول. يمكننا تحضير محلول بتركيز 1 جزء في المليون عن طريق إذابة 1 ملجم من المحلول في 1000 مل من المذيب. يتم حسابه عن طريق تقسيم كتلة المذاب على كتلة المحلول ثم ضربها في مليون. لذلك، يمكننا القول أن 1 جزء في المليون يمثل 00001 بالمائة من المحلول. يمكننا أيضًا العثور على النسبة المئوية من جزء في المليون كما هو موضح هنا.

ويمكن أيضًا التعبير عنها بطرق مختلفة مثل الملليجرام لكل كيلوغرام، أو الميكروجرام لكل لتر. لحساب ppm علينا التأكد مما يلي. نتأكد من قياسه إما بكتلة المذاب والمحلول، أو بحجم المذاب والمحلول. يجب أن يكون كلا الجانبين من نفس الوحدة، إما الكتلة أو الحجم. دعونا نرى مثالا لحساب جزء في المليون من الملح في الماء. يحتوي المحلول على 0007 جرام من الملح ومحلول يزن 1 كيلوجرام. أولاً، سنقوم بتحويل كتلة الملح من جرام إلى كيلوجرام. ومن ثم يمكننا حساب جزء في المليون عن طريق ضرب عدد عشري في مليون.

أجزاء في المليار(ppb). إنه تركيز أصغر من جزء في المليون. تتحول تركيزات المواد إلى جزء في المليار عندما تكون هذه المواد متقلبة للغاية بالنسبة للحياة البشرية والأنظمة البيولوجية. تتطلب هذه الأنواع من التركيزات مراقبة دقيقة. إنه ألف مرة مليون، أي أكبر حجماً من مليون. يمكن حساب ppb كما هو موضح هنا.

هو عدد وحدات الكتلة من مادة ما لكل 1000 مليون وحدة من الكتلة الكلية للمحلول. يتم استخدامها لقياس تركيز الملوثات في التربة والرواسب. على سبيل المثال، التربة التي تحتوي على 6 جزء في المليون ستحتوي على جزء في المليار كما هو موضح هنا.

صيغة تجريبية. إنها أبسط نسبة عددية صحيحة للذرات في المركب. إنه يعطي نسب العناصر في المركب ولكن ليس الأعداد الفعلية أو ترتيب الذرات. وهذه هي أقل نسبة عددية صحيحة للعناصر في المركب. كيف تجد الصيغة التجريبية للمركب؟. يظهر هنا مثال على الصيغة التجريبية.

لحساب الصيغة التجريبية يجب علينا أولاً إيجاد النسبة المئوية لكتلة العناصر في المركب. ثم يتعين علينا تغيير النسبة المئوية إلى جرام. ثم سيكون علينا أن نقرر جميع الكتل حسب كتلها المولية. اختر أصغر إجابة من عدد الشامات وقسمها كلها عليها. سيكون هذا المعامل الناتج هو الأرقام الموجودة أسفل الصيغة الكيميائية. دعونا نرى مثالا لمركب يحتوي على 3265٪ من الكبريت و 653٪ من الأكسجين و 204٪ من الهيدروجين. تتم حساب صيغتها التجريبية في الرسم التوضيحي الموضح.

الصيغة الجزيئية. الصيغة الجزيئية تمثل نسبة الذرات التي يتكون منها المركب. هو تمثيل للجزيء يستخدم الرموز الكيميائية للإشارة إلى أنواع الذرات، تليها علامة سفلية. ويظهر عدد الذرات من كل نوع في الجزيء. هي صيغة كيميائية تعطي العدد الإجمالي لذرات كل عنصر في كل جزيء من المادة. يشير الرمز السفلي عند كتابته بعد الرمز إلى عدد ذرات كل عنصر في الجزيء.

لحساب الصيغة الجزيئية يجب اتباع الخطوات التالية. دعونا ننظر إلى هذا كمثال حيث يتم تحليل مسحوق أبيض واكتشاف أن له صيغة تجريبية P₂O₅. يحتوي المركب على كتلة مولية قدرها 28388 جرام. يتم حساب الصيغة الجزيئية للمركب في الصورة التوضيحية.

العلاقة بين الصيغة التجريبية والصيغة الجزيئية. بشكل عام يتم ضرب الصيغة التجريبية بعدد صحيح n، مما يعطي الصيغة الجزيئية. الصيغة الجزيئية تساوي الصيغة التجريبية مضروبة في n كما هو موضح. هنا n هو عدد صحيح، ويمكن حساب قيمته كما هو موضح هنا. التشابه بين الصيغة التجريبية والصيغة الجزيئية. كلاهما يشير إلى جميع عناصر المركب. كلاهما يشير إلى نسبة الذرات لكل عنصر في المركب.

الفرق بين الصيغة التجريبية والصيغة الجزيئية. تعبر الصيغة التجريبية عن أصغر نسبة عددية صحيحة للذرات في المركب. المركبات الأيونية تكتب دائمًا بالصيغة التجريبية، مثل NaCl وHCl. الصيغة الجزيئية هي الصيغة الفعلية للمركب والتي تعطي عدد ونوع كل ذرة. المركبات التساهمية تُكتب دائمًا في الصيغة الجزيئية، مثل CO₂.

استنباط الصيغ الجزيئية عن طريق قياس الكميات الفيزيائية. الكميات الفيزيائية هي الخاصية الفيزيائية للمادة والتي يمكن قياسها عن طريق القياس. يمكن التعبير عنها كقيمة عددية مع الوحدة. بعض الأمثلة على الكميات الفيزيائية هي الكتلة، الطول، الزمن، درجة الحرارة، القوة، السرعة والكثافة. يمكننا استخلاص الصيغة الجزيئية من الكتلة والكتلة المولية والتي هي كميات فيزيائية.

دعونا نرى مثالاً حيث يتعين تحديد الصيغة الجزيئية. إذا كان هناك مركب له الصيغة التجريبية CF₂ وكتلة مولية 20004 جم/مول، فكيف نحسب الصيغة الجزيئية؟. الكتلة الجزيئية هي 20004 جرام/مول. ولكننا لا نعرف الصيغة التجريبية للكتلة. ولحساب ذلك نحدد الكتل الذرية للذرات من الجدول الدوري ونضيف تلك الكتل وفقًا للصيغة التجريبية كما هو موضح في الرسم التوضيحي.

بعض الأمثلة غير التافهة. وبما أن كتلة الجزيئات تساوي أيضًا كثافة البخار مضروبة في 2. يمكننا استخلاص الصيغ الجزيئية من خلال الكمية الفيزيائية الكثافة. مثال. وجد أن المركب "أ" يحتوي على 365% من الصوديوم، و254% من الكبريت، و381% من الأكسجين. كثافة بخاره 63. تم تحديد الصيغة الجزيئية لها في الرسم التوضيحي.

تحديد الصيغة الجزيئية لمركب يحتوي على 667٪ من الهيدروجين و 40٪ من الكربون و 06 غرام من المركب الموجود في 224 سم مكعب في NTP. يحتوي الكربون والهيدروجين على 40% و667% من 100% على التوالي. وبالتالي، يتم أخذ الباقي عن طريق الأكسجين. الآن، نحسب الصيغة التجريبية للمركبات كما هو موضح في الجدول. كما نعلم أن الوزن مقسومًا على الوزن المولي يساوي الحجم مقسومًا على الحجم المولي، وبالتالي يمكننا حساب الوزن المولي للأكسجين كما هو موضح في الرسم التوضيحي. يتم حساب الصيغة الجزيئية في الرسم التوضيحي على النحو التالي C₂H₄O₂.

الحسابات المتعلقة بالمعادلات الكيميائية المتوازنة